平原水库土坝护坡工程设计研究

王茂东

(海宁市水利勘测设计所 314400)

随着经济的发展和建设的持续推进，我国的水利工程项目建设也随之发展，水库工程是水利工程中的重要组成部分，平原地区的水库又具有储蓄水源、农业灌溉、防止洪涝灾害以及发展平原养殖等多样化的功能体系，同时又能防止水土流失，保护平原地区的水土资源。因此，良好的水利工程项目的建设对一个区域的经济和人民有着重要的作用和现实的意义。

水库工程项目的建设中，由于地理位置和区域的不同，平原地区的水源与山区地区的水源有着较大的差别，而水库工程项目中，水库土坝护坡的问题会直接影响工程项目效益和作用的发挥。根据实际的资源现实，平原地区尤其是工程建设石料缺乏的地区，由于建设所使用的砂石料的运输距离较远，致使工程项目建设过程中砂石材料的价格较高。如果将平原水库土坝护坡工程设计为混凝土结构的护坡或者块石的护坡，投资金额会较大。因此，从经济的角度考虑，平原水库常采用土坝护坡。

1 平原水库土坝

平原水库一般具有较大的水面，水库中水深大约4m，水库坝高大约为6m，在遇到5级风后将在水库形成较大的风浪，对平原水库的土护坡具有较大的冲击和破坏力，因此平原水库的护坡设计成为了水库土坝护坡工程设计人员的设计关键点。平原地区水库的建设过程中，容易产生砂石缺少等问题，往往使用土坝进行拦截蓄水。水库工程的土坝墙主要来自于平原水库旁边的土料堆砌，而后将土料通过机械碾压，构筑成为平原水库的土坝墙，形成了水库挡水的建筑物。而平原地区的土坝护坡原材料可就地获取，因此水库工程项目建设过程中的成本较低，且施工工艺相对简单。土坝的坝体由于建设材料具有柔性，同钢筋混凝土相比较而言具有较低的地质要求，与混凝土坝以及浆砌石坝等类型的刚性水库坝相比更能够有效适应水库地基的变形。

平原地形区域中的水库土坝的结构相对简单，更具有可靠的拦水性能，也便于水库工程项目的加固和维修，以及水库工程的加高和扩建，并且能实现机械化的快速施工。由此，平原地区的水库土坝结构是当前水利工程项目建设中经常采用的一种土坝类型结构，土坝的建设项目结构可利用建设地区所拥有的土料、砂砾等成分构成。这种土坝的建设材料和方式有着悠久的历史，同时也随着水库工程项目的建设而不断发展和进步。这种水库工程项目建设的优势在于能就地取材，有效节约了钢筋和水泥石料的使用，降低了建设项目的投资成本。能因地制宜地进行水库工程项目的建设，适应多种水库坝基的工程地质条件，土坝护坡的施工技术要求相对于其他类型的坝型而言较低。与此同时，土坝的防震性能也比其他结构的坝体防震性能要优异。

2 平原水库土坝坝体结构

在平原水库土坝坝体结构的设计过程中，应根据水库蓄水水位对土坝坝坡的影响程度而采用不同标准的工程项目施工体系。水库土坝的坝壳一般可采用土石料，在土坝坝体的设计过程中应综合考虑到建设施工材料中的土石料的质量控制指标以及填筑的标准，而土石坝的各个部分对土料有着不同程度的要求，一般可将土坝迎水坡划分为死水区、水位变化区、水土流失区三个部分和区域段。由此，平原水库护坡的设计也应根据这三个区域进行设计和施工，一般防渗体型式有:心墙、斜墙、斜墙加铺盖、心墙加截水墙、斜墙加截水墙等。

2.1 护坡

平原水库的护坡设计应建立在明确护坡结构和构成的基础之上，护坡一般可分为上游和下游的护坡，上游的护坡能有效防止风浪和冰凌对土坝的冲击，护坡施工建设中所采取的材料一般为抛石、浆砌石、干砌石、混凝土、土石等。而下游的护坡主要为了防止雨水对护坡坡体的冲刷，护坡施工建设中所采取的材料主要为土石以及栽种植物。

2.2 坝面

除了水坝的漫堤之外，水库坝面的排水最重要的破坏因素应为雨水的侵蚀。水库坝面的排水应在坝坡设计纵向的排水沟，从而将坝面所聚集的水汇集拦截起来，一起排到下游区域中，一般可采用棱体排水、褥垫排水、综合式排水、贴坡排水、网状排水带、排水管和竖式排水体等型式。

2.3 坝顶

土坝的设计过程中，应注意坝顶要超过水库水位一定的高度。由于土坝一般不允许坝顶过水。由此，超高高度的设计应根据水库的具体位置以及实际的施工建设条件进行确定。一般上游的护坡可采用浆砌石或者混凝土进行施工，从而有效保护水库坝体的结构较为完善和坚固，同时也防止坝体渗水。坝顶的宽度也应根据水库工程土坝护坡实际施工状况以及交通状况进行确定，在这个工序的施工过程中，应注意到坝顶与上游混凝土以及土坝连接的处理，不能具有太大的角度，不能出现台阶或者倒坡等现象，护坡上下应该均匀平顺，有效防止坝体产生裂缝。实际施工中，在对岸坡的接头处进行处理时，应注重将心墙或者斜墙局部扩大到一定的范围内。

3 土坝护坡设计

根据水库大坝护坡设计规范的施工要求，水库土坝坝坡的设计应具有一定的护坡面积，在水库工程项目建设过程中，护坡工程的造价一般占据整个工程项目总体造价的10%。在实际设计中应采用坚固且经济的设计结构，水库上游的坝面护坡应从坝顶起护到最低水位以下一定距离的坝基内缘沟内。这样的水库土坝护坡的设计才能有效保证水库工程项目建设的安全性和稳定性，提高水库护坡的维修效率。水库上游的护坡一般可采用堆石、干砌石或浆砌石、混凝土或钢筋混凝土结构。而下游的水库坝面护坡设计应从坝顶护至排水棱体或护至坝脚，实际的设计过程中应综合考虑时间、流水的因素和力量，长期的风浪冲刷将导致土坝护坡的老化破损，而相应的设计一般可采用碎石、围堰弃土和草皮结构。

4 坝基的防渗设计

在水库工程项目中，渗水现象中的管涌和流土最为常见，通过对水力学法进行渗流分析，从而明确了水库工程渗透变形的形式以及发生的过程和对水库工程所造成的实际影响等。首先，应进行土基的设计施工，清除掉腐植土层，使用机械将表土压实。为了有效延长渗透的途径，加强相应的链接，可沿着土坝的防渗体与土基接触面设置若干个小齿槽，而后在齿槽内回填防渗料。其次，应处理地基，若是水库底下砂砾层不厚，一般应开挖截水槽，截断砂砾层，回填防渗料并压实。通常要开挖截断采取水平或者垂直的防渗措施，从而能起到有效延长渗径，有效降低渗透护坡的目的。与其他类型的坝体相比，土坝容易产生渗水的现象，由此，坝体工程项目的设计过程中，可能发生管涌的地区，应设计反滤层工序，从而防止在下游产生流土，同时应设置盖重，以加强土料抗渗防变形的能力。

1 周建，李君，刘斌，李天科．平原水库优化设计影响因子分析［J］．水利建设与管理，2007(3)．

2 白露，杨恒，刁汇文．鲁北平原水库存在的问题与对策［J］．山东水利，2010(5)．

3 孙宁宁，张莹慧，马海松．惠民县平原水库建设初探［J］．山东水利，2009(Z2)．

4 王有平．浅谈新疆平原水库建设存在的问题及对策［J］．水利建设与管理，2009(6)．